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  <title>计算机组成原理笔记（第三章） | ALgarth's blog</title>
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  <meta name="description" content="老规矩，上开头！！  突然意识到该写一份计算机组成原理的笔记 那就写呗 为的是方便我个人的复习以及对读者进行启发 目录根据《计算机组成原理（第二版）》唐朔飞奶奶的的那本书来的 内容涵盖并结合书中内容，练习题，“林北不能忍了”学长的笔记，刘宏伟老师MOOC  计算机组成原理笔记（第三章）本节分为以下几个部分  1.总线分类 2.总线特性 3.总线结构 4.总线控制  总体而言，本章节内容相对较难，但">
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                <h1 class="kratos-entry-title text-center">计算机组成原理笔记（第三章）</h1>
                
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                    <span>
                        <i class="fa fa-calendar"></i> 2020-10-20
                        <i class="fa fa-folder"></i> 分类于 
                        <i class="fa fa-user"></i> 作者 ALgarth
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                <hr />
                <p>老规矩，上开头！！</p>
<blockquote>
<p>突然意识到该写一份计算机组成原理的笔记</p>
<p>那就写呗</p>
<p>为的是方便我个人的复习以及对读者进行启发</p>
<p>目录根据《计算机组成原理（第二版）》唐朔飞奶奶的的那本书来的</p>
<p>内容涵盖并结合书中内容，练习题，“林北不能忍了”学长的笔记，刘宏伟老师MOOC</p>
</blockquote>
<h1 id="计算机组成原理笔记（第三章）"><a href="#计算机组成原理笔记（第三章）" class="headerlink" title="计算机组成原理笔记（第三章）"></a>计算机组成原理笔记（第三章）</h1><p>本节分为以下几个部分</p>
<blockquote>
<p>1.总线分类</p>
<p>2.总线特性</p>
<p>3.总线结构</p>
<p>4.总线控制</p>
</blockquote>
<p>总体而言，本章节内容相对较难，但是不如第四章。内容主要以定义的背诵为主，没有过多的计算以及框图的记忆</p>
<h2 id="总线分类"><a href="#总线分类" class="headerlink" title="总线分类"></a>总线分类</h2><p>上定义： 总线是将计算机各部件连在一起的一组公共信息传输线。</p>
<p>计算机根据冯诺依曼的分类，5大部件需要进行连接，连接方式有以下两种</p>
<blockquote>
<p>总线连接：将各部件连接到一组公共信息传输线上</p>
<p>分散连接：各部件使用单独的连线进行连接</p>
</blockquote>
<p>为了提高效率并且可以方便IO设备的增添和删除，因此现代计算机采用总线连接</p>
<p>计算机内部的总线是一组内容，因此有必要进行适当的总线分类分类的形式大致如下所示</p>
<ul>
<li>片内总线</li>
<li>系统总线<ul>
<li>数据总线</li>
<li>地址总线</li>
<li>控制总线</li>
</ul>
</li>
<li>通信总线</li>
</ul>
<p>另外，总线的分类方式不止一种，按照数据传送方式可以分为并行传输总心啊和串行传输总线，串行传输中也可以根据传输数据宽度分为不同位数的传输总线。本章着重讲解的是按照连接部件的分类</p>
<p>下面就对上述5种总线进行逐一介绍</p>
<h3 id="片内总线"><a href="#片内总线" class="headerlink" title="片内总线"></a>片内总线</h3><p>芯片内部的总线</p>
<p>比如CPU中间的ALU，寄存器之间的总线</p>
<h3 id="系统总线"><a href="#系统总线" class="headerlink" title="系统总线"></a>系统总线</h3><p>又称板级总线，板间总线。是5个大部件之间连接的总线</p>
<p>系统总线下分为数据总线，地址总线，控制总线</p>
<h4 id="数据总线"><a href="#数据总线" class="headerlink" title="数据总线"></a>数据总线</h4><p><em>双向传输线</em></p>
<p>数据总线传输部件之间的数据信息，位数称为数据总线宽度</p>
<h4 id="地址总线"><a href="#地址总线" class="headerlink" title="地址总线"></a>地址总线</h4><p><em>单项传输线</em></p>
<p>指出数据总线的原数据或者目的数据的主存地址/IO上的地址</p>
<p>位数和存储单元的个数有关</p>
<h4 id="控制总线"><a href="#控制总线" class="headerlink" title="控制总线"></a>控制总线</h4><p><em>单项传输线</em></p>
<p>发送各种控制信号</p>
<h3 id="通信总线"><a href="#通信总线" class="headerlink" title="通信总线"></a>通信总线</h3><p>用于计算机系统之间或者计算机和其他系统之间的通信</p>
<p>传输方式有两种，其实也就是开头提到的按照传输方式分类的那两个</p>
<blockquote>
<p>串行通信：单条传输线上在不同的时间一位一位传输过去</p>
<p>并行通信：多条数据线在同一时间内传输过去</p>
</blockquote>
<h2 id="总线特性"><a href="#总线特性" class="headerlink" title="总线特性"></a>总线特性</h2><p>首先自然是基本的总线特性：机械特性，电气特性，功能特性，时间特性</p>
<p>这些特性比较简单，直接背过就可以了</p>
<h3 id="性能指标"><a href="#性能指标" class="headerlink" title="性能指标"></a>性能指标</h3><p>总线的性能指标包括以下几种</p>
<blockquote>
<p>总线宽度：数据总线的根数，一般用8位，16位，32位表示。（和32位，64位电脑的概念差不多，32位电脑指CPU一次可以处理32位数据线的数据）</p>
<p>总线带宽：总线传输速率，单位是MBPs，和第一章的MIPs计算有相似之处，将Hz理解为Ps，带宽就是兆字节*Hz</p>
<p>时钟同步 / 异步：总线上的数据和时钟同步运算就称为同步总线，否则是异步总线</p>
<p>（后续内容为细碎的知识点，个人认为是非重点）</p>
<p>信号线数：地址总线，数据总线，控制总线的总和</p>
<p>其他的参数比如传输周期，时钟周期，工作效率，总线复用等等</p>
</blockquote>
<h3 id="总线标准"><a href="#总线标准" class="headerlink" title="总线标准"></a>总线标准</h3><p>这真的是恶心中的恶心，重点中的重点</p>
<p>这一章设计到很多的总线结构，名字很混乱，这里只是列出常考的重点内容，方便各位做填空和选择</p>
<blockquote>
<p>ISA：最早出现的微型计算机系统总线，为16位CPU量身定制</p>
<p>EISA：Express-ISA，是ISA为32位计算机设计的扩展总线，对ISA完全兼容</p>
<p>VESA：局部总线，在系统外的高速数据传输，就是DMA那个线</p>
<p>PCI：高性能的32位或64位总线，有好的兼容性，可通过超链接实现多层PCI总线，即插即用（这点多代指USB，别混淆）</p>
<p>AGP：为了视频设计的视频接口，传输三维数据，是显示卡专用的局部总线</p>
<p>RS-232：串行总线接口，内含DTE和DCE两个设备，反人类的反向表示逻辑二进制，低电平是1，反之是0，可以载波电话线。</p>
<p>USB：即插即用，懂得都懂</p>
</blockquote>
<h2 id="总线结构"><a href="#总线结构" class="headerlink" title="总线结构"></a>总线结构</h2><blockquote>
<p>单总线结构：小型计算机和微型计算机采用的设计结构，所有设备都和一条总线连接，设计简单便宜，但是总线负载过大，不容易并发传送</p>
<p>双总线结构：因为IO数据线传输速度相对较慢，就把他单独提出来，传建一个IO总线，就有了双总线结构，提高了总线的速度</p>
<p>多总线结构：多总线结构各有各的设计方案，比如一种三总线设计方案是在加入cache从而使得CPU和cache之间设计新总线，甚至在这种情况下还要吧cache和主存架设一条总线，形成四总线结构</p>
</blockquote>
<h2 id="总线控制"><a href="#总线控制" class="headerlink" title="总线控制"></a>总线控制</h2><p>最后一个重头戏内容</p>
<p>主要包括以下两个控制，判优控制，通信控制</p>
<h3 id="判优控制"><a href="#判优控制" class="headerlink" title="判优控制"></a>判优控制</h3><p>又称仲裁控制</p>
<p>判优的逻辑前提是：总线上的设备有主设备和从设备，主设备可以对总线有控制权，为了分配这种控制权，需要判优决定使用先后问题</p>
<p>判优分为集中式和分布式，速度来说肯定是分布式比较快，但是造假高</p>
<p>书中的例子全部是针对集中式的，下面是三个例子</p>
<blockquote>
<p>链式查询：一根线从头到尾发送地址，和那个接口地址吻合之后进行使用，从头到尾顺序是固定的，所以优先级是死的，而且如果中间断了，后面都完蛋</p>
<p>计数器定时查询：用定时器存储地址，每次地址++而且对n取模，循环查找，这样就不知道从哪里开始，动态的开始点使得优先级不是固定的了。</p>
<p>独立请求：每个IO设备自己申请去，按申请顺序一个一个占用总线。非常好的方式，就是贵</p>
</blockquote>
<p>使用线材上：</p>
<blockquote>
<p> 链式查询：2根有用的线，1根其他线，说法上是用2根线完成的，BG线用于一个一个从头到尾查找，BR线用于传送信息，额外的BS表示总线忙，防止其他IO占用</p>
<p>计数器定时查询：logn条线，BR，BS不变，删掉BG，增加一个地址线用于搜索地址，地址线不是一条线，而是使用二进制进行确定选择，所以是logn条，最后的常数忽略不计</p>
<p>独立请求：2n条线，每个县自己一个BG，BR</p>
</blockquote>
<h3 id="通信控制"><a href="#通信控制" class="headerlink" title="通信控制"></a>通信控制</h3><p>通信控制有4个阶段：申请分配，寻址，传数，结束</p>
<p>通信控制用于解决中间的如何调配以及获知双方开始传输和结束的问题</p>
<p>分为以下几种</p>
<blockquote>
<p>同步通信：各个设备时间一直的根据时钟周期办事</p>
<p>异步通信：各设备的时间动态分配，分配方式称为互锁</p>
<p>半同步通信：各个设备的时间还是和同步通信差不多，但是不是严格的一个操作占一个周期，中间不工作的时候用WAIT总线暂停n个周期</p>
<p>分离式通信：上述的通信都会一直占用总线，分离式分离的占用总线，中间可能一段时间就不占用了。操作实现复杂，不在小型机和微型机上实现</p>
</blockquote>
<p>四种结构中，前两种比较复杂，第三种和第一种相似，第四个不展开讲，所以下面介绍一下前两种</p>
<h4 id="同步通信"><a href="#同步通信" class="headerlink" title="同步通信"></a>同步通信</h4><p><img src="/2020/10/20/organization2/input.jpg" alt="input"></p>
<p>这里先放张图，这个是输入的图片</p>
<p>图上可以看出，在根据这一个之中周期来看，第一个周期读入地址，第二周期读命令，三周期传数据，四周期撤销操作。</p>
<p>这个矩形块表示电路的三态门结构，看不懂没关系</p>
<p>如果上述内容看懂了，其实输出的这张图也看的懂了，那下面这张图给给为练手</p>
<p><img src="/2020/10/20/organization2/output.jpg" alt="output"></p>
<h4 id="异步通信"><a href="#异步通信" class="headerlink" title="异步通信"></a>异步通信</h4><p>异步通信讲究的就是一个互锁，但是先容我把除了互锁之外的内容交代清楚</p>
<blockquote>
<p>波特率：单位时间传输的二进制位，在数据传输中，一个数据中包含奇偶校验位，开头结尾位，这些在计算波特率的时候都要计算进去</p>
</blockquote>
<p>那接下来就是互锁部分<img src="/2020/10/20/organization2/husuo.jpg" alt="husuo"></p>
<blockquote>
<p>不互锁：请求之后不要求应答，一段时间之后去确认是否收到就行，如果收到就撤销请求</p>
<p>半互锁：比上面的麻烦，请求之后还要应答，应答之后就撤回请求</p>
<p>全互锁：最复杂，最后应答之后还要在要求确认收到，再加一个应答，应答后撤回原信号</p>
</blockquote>
<h4 id="半同步通信"><a href="#半同步通信" class="headerlink" title="半同步通信"></a>半同步通信</h4><p>半同步介于上述两者之间，他和CPU一起采用时钟周期，但是还采用异步的应答，为了让两者匹配，加入了一条wait线，两者不匹配的时候直接用wait线停顿</p>
<h4 id="分离式通信"><a href="#分离式通信" class="headerlink" title="分离式通信"></a>分离式通信</h4><p>分离就直接和机器分开了，可以理解为PCI总线</p>
<p>行了，第三章东西挺多，希望看的时候多留心，理一下框架呢</p>
<p>第三章到此结束</p>
<hr>
<p><em>我是ALgarth，如果有缘，我们下次再见。</em></p>
<p><em>图片来自网络，侵删。</em></p>
<p><em>本人拙笔草见，如果内容有误，请及时联系修改</em></p>

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            const title         = "「计算机组成原理笔记（第三章）」";
            const excerpt       = `老规矩，上开头！！

突然意识到该写一份计算机组成原理的笔记
那就写呗
为的是方便我个人的复习以及对读者进行启发
目录根据《计算机组成原理（第二版）》唐朔飞奶奶的的那本书来的
内容涵盖并结合书中内容，练习题，“林北不能忍了”学长的笔记...`;
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                    <span>最后编辑：2020-12-29</span>
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            <ol class="toc"><li class="toc-item toc-level-1"><a class="toc-link" href="#%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BB%84%E6%88%90%E5%8E%9F%E7%90%86%E7%AC%94%E8%AE%B0%EF%BC%88%E7%AC%AC%E4%B8%89%E7%AB%A0%EF%BC%89"><span class="toc-number">1.</span> <span class="toc-text">计算机组成原理笔记（第三章）</span></a><ol class="toc-child"><li class="toc-item toc-level-2"><a class="toc-link" href="#%E6%80%BB%E7%BA%BF%E5%88%86%E7%B1%BB"><span class="toc-number">1.1.</span> <span class="toc-text">总线分类</span></a><ol class="toc-child"><li class="toc-item toc-level-3"><a class="toc-link" href="#%E7%89%87%E5%86%85%E6%80%BB%E7%BA%BF"><span class="toc-number">1.1.1.</span> <span class="toc-text">片内总线</span></a></li><li class="toc-item toc-level-3"><a class="toc-link" href="#%E7%B3%BB%E7%BB%9F%E6%80%BB%E7%BA%BF"><span class="toc-number">1.1.2.</span> <span class="toc-text">系统总线</span></a><ol class="toc-child"><li class="toc-item toc-level-4"><a class="toc-link" href="#%E6%95%B0%E6%8D%AE%E6%80%BB%E7%BA%BF"><span class="toc-number">1.1.2.1.</span> <span class="toc-text">数据总线</span></a></li><li class="toc-item toc-level-4"><a class="toc-link" href="#%E5%9C%B0%E5%9D%80%E6%80%BB%E7%BA%BF"><span class="toc-number">1.1.2.2.</span> <span class="toc-text">地址总线</span></a></li><li class="toc-item toc-level-4"><a class="toc-link" href="#%E6%8E%A7%E5%88%B6%E6%80%BB%E7%BA%BF"><span class="toc-number">1.1.2.3.</span> <span class="toc-text">控制总线</span></a></li></ol></li><li class="toc-item toc-level-3"><a class="toc-link" href="#%E9%80%9A%E4%BF%A1%E6%80%BB%E7%BA%BF"><span class="toc-number">1.1.3.</span> <span class="toc-text">通信总线</span></a></li></ol></li><li class="toc-item toc-level-2"><a class="toc-link" href="#%E6%80%BB%E7%BA%BF%E7%89%B9%E6%80%A7"><span class="toc-number">1.2.</span> <span class="toc-text">总线特性</span></a><ol class="toc-child"><li class="toc-item toc-level-3"><a class="toc-link" href="#%E6%80%A7%E8%83%BD%E6%8C%87%E6%A0%87"><span class="toc-number">1.2.1.</span> <span class="toc-text">性能指标</span></a></li><li class="toc-item toc-level-3"><a class="toc-link" href="#%E6%80%BB%E7%BA%BF%E6%A0%87%E5%87%86"><span class="toc-number">1.2.2.</span> <span class="toc-text">总线标准</span></a></li></ol></li><li class="toc-item toc-level-2"><a class="toc-link" href="#%E6%80%BB%E7%BA%BF%E7%BB%93%E6%9E%84"><span class="toc-number">1.3.</span> <span class="toc-text">总线结构</span></a></li><li class="toc-item toc-level-2"><a class="toc-link" href="#%E6%80%BB%E7%BA%BF%E6%8E%A7%E5%88%B6"><span class="toc-number">1.4.</span> <span class="toc-text">总线控制</span></a><ol class="toc-child"><li class="toc-item toc-level-3"><a class="toc-link" href="#%E5%88%A4%E4%BC%98%E6%8E%A7%E5%88%B6"><span class="toc-number">1.4.1.</span> <span class="toc-text">判优控制</span></a></li><li class="toc-item toc-level-3"><a class="toc-link" href="#%E9%80%9A%E4%BF%A1%E6%8E%A7%E5%88%B6"><span class="toc-number">1.4.2.</span> <span class="toc-text">通信控制</span></a><ol class="toc-child"><li class="toc-item toc-level-4"><a class="toc-link" href="#%E5%90%8C%E6%AD%A5%E9%80%9A%E4%BF%A1"><span class="toc-number">1.4.2.1.</span> <span class="toc-text">同步通信</span></a></li><li class="toc-item toc-level-4"><a class="toc-link" href="#%E5%BC%82%E6%AD%A5%E9%80%9A%E4%BF%A1"><span class="toc-number">1.4.2.2.</span> <span class="toc-text">异步通信</span></a></li><li class="toc-item toc-level-4"><a class="toc-link" href="#%E5%8D%8A%E5%90%8C%E6%AD%A5%E9%80%9A%E4%BF%A1"><span class="toc-number">1.4.2.3.</span> <span class="toc-text">半同步通信</span></a></li><li class="toc-item toc-level-4"><a class="toc-link" href="#%E5%88%86%E7%A6%BB%E5%BC%8F%E9%80%9A%E4%BF%A1"><span class="toc-number">1.4.2.4.</span> <span class="toc-text">分离式通信</span></a></li></ol></li></ol></li></ol></li></ol>
        
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            <a class="list-group-item" href="/2021/10/19/projectpool/"><i class="fa  fa-book"></i> 计划进程池设定</a>
            
          
        
          
          
        
          
          
            <a class="list-group-item" href="/2020/12/31/organization-ex/"><i class="fa  fa-book"></i> 计算机组成原理汇总篇</a>
            
          
        
          
            
          
            
          
            
          
            
          
            
          
            
          
            
          
            
          
            
          
            
          
            
          
            
          
            
          
            
          
            
          
            
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